CN104556311B - 一种循环冷却水的杀菌方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环冷却水的杀菌方法及应用，该方法包括将所述循环冷却水系统中的至少部分循环冷却水进行电解，其中，所述电解过程间歇进行。本发明提供的循环冷却水的电解杀菌方法可以有效避免电极活性和电解电流效率的降低，能够很好地使循环冷却水中的余氯质量浓度处于控制范围之内，且电极寿命得到保证，更不会增加额外的电能消耗。

Description

一种循环冷却水的杀菌方法及应用
技术领域
本发明涉及一种循环冷却水的杀菌方法及应用。
背景技术
循环冷却水系统是一个特殊的生态环境，适合各种微生物的生长。微生物的大量繁殖会给循环水系统带来一系列的危害，如粘泥沉积、管道堵塞、传热效率降低、设备腐蚀等，因此，冷却水系统的微生物控制是循环水处理技术的重要内容之一。
微生物的控制方法主要有化学控制法、物理控制法和电解法。最常用的方法是化学控制法，即通过向水中投加各种化学杀菌剂，利用杀菌剂的作用杀灭和控制微生物的生长。化学法成本低、效果好,但是化学法也具有使水质恶化、操作过程复杂、不能很好地适应水质变化、对环境不友好等缺点。物理控制法是利用旁流过滤、温度控制、超声波控制、磁场控制、机械清洗等物理手段控制微生物的方法。物理法对环境友好，但无持续杀菌作用且效果不理想。电解法是通过电解循环冷却水，水中的氯离子将被氧化为活性氯，活性氯是很好的杀菌剂，可以直接对冷却水进行杀菌，从而控制微生物繁殖的方法。电解法具有环境友好、投资少、操作灵活和易于实现自动化的特点。
循环冷却水中除氯离子、硫酸根离子、钙离子、氢离子和水处理剂带入的化学离子本身带有电荷外，微生物、粘泥以及灰尘表面也带有电荷。随着循环水系统浓缩倍数的增大及污水回用循环水水量的增加，循环水中的悬浮物、微生物及其它物质含量加大。这些物质在电解过程中，带正电荷的离子向阴极迁移，带负电荷的离子向阳极迁移。氢离子在阴极不断得到电子产生氢气，随着电解的进行，其它正电荷逐渐吸附于阴极，最终使阴极达到正电荷吸附饱和状态，从而间接抑制了阳极氯气的产生，氯离子在阳极不断失去电子产生氯气，随着电解的进行，其它负电荷逐渐吸附于阳极，最终使阳极达到负电荷吸附饱和状态，从而直接抑制了氯气的产生。针对电解杀菌存在的这一问题，文献中报道可以采用两种方法处理，其一是增大周期性颠倒电极极性的频率，不足之处是降低电流效率和缩短电极寿命。第二种方法是提高电解电流，使电极表面产生的气体增多，从而大大增强电极表面的湍流，使水中易吸附物质难以到达电极表面，但这种方法增加了电能消耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种循环冷却水的杀菌方法及应用，本发明提供的方法可以有效避免电极活性和电解电流效率的降低，保证循环冷却水的余氯质量浓度在要求范围之内。
为了实现上述目的，本发明提供一种循环冷却水的杀菌方法，该方法包括将所述循环冷却水系统中的至少部分循环冷却水进行电解，其中，所述电解过程间歇进行。
本发明还提供了所述方法在污水回用循环水系统中的应用。
本发明提供的循环冷却水的电解杀菌方法可以有效避免电极活性和电解电流效率的降低，能够很好地使循环冷却水中的余氯的质量浓度处于控制范围之内，且电极寿命得到保证，更不会增加额外的电能消耗，并能够将该方法应用于污水回用于循环水系统的方法中。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的循环冷却水的电解杀菌试验流程示意图；
图2是对比例1的电解杀菌过程中余氯质量浓度随电解时间变化；
图3是实施例1的停电解不同时间后余氯质量浓度随电解时间变化；
图4是实施例2的余氯质量浓度随电解时间变化；
图5是实施例3的余氯质量浓度随电解时间变化；
图6是实施例4的余氯质量浓度随电解时间变化；
图7是实施例5的余氯质量浓度随电解时间变化；
图8是实施例6的余氯质量浓度随电解时间变化。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
按照本发明，所述循环冷却水的杀菌方法包括将所述循环冷却水系统中的至少部分循环冷却水进行电解，其中，所述电解过程间歇进行。
本发明采用间歇电解的方式对循环冷却水进行电解杀菌，能够有效避免电极活性和电解电流效率的降低，从而保证循环冷却水中的余氯含量保持在一定高的稳定的水平。推测原因可能是：在停止电解的过程中，正、负电荷向阴、阳电极的迁移停止，因此，某些正、负电荷会从阴极、阳极表面脱附，从而使易吸附物质占据电极表面的位置的面积减小，从而保证了后续的电解效率。
按照本发明，以间歇方式进行电解的方法为：所述电解分多次进行，相邻两次电解之间包括时间间隔，每次电解的时间为T1，相邻两次电解之间的停止搁置时间为T2，且停止搁置时间T2小于每次电解的时间T1。优选情况下，为了更好地保证电极活性和电解电流效率，T2为T1的40-80%，更优选，T2为T1的50-75%。
按照本发明，所述电解在电解装置中进行，本发明对电解装置没有特别的要求，可以根据具体情况，方便地自行设计或采用商购的电解装置。所述电解装置通常包括电解槽和至少一对置于电解槽中的电极板，所述电解的方法包括：将至少部分循环冷却水置于电解槽中，然后通过电源控制对电极板间歇式的施加电场。所述电源控制可以是手动控制，优选采用间歇性电源控制以间歇性地对所述电极板施加电场。
所述电极板的数量可以为1-100对，每个电极板的面积可以为0.01-100m2，优选，所述电极板的数量为1-50对，每个电极板的面积为0.1-50m2。
每对电极板的电压可以为1-10V，优选，每对电极板的电压为1.5-6V。
优选情况下，在本发明的电解装置中，电极的基体材料为钛，表面镀有金属铂、铱、钌、钽、钯中的一种或多种，或者上述金属氧化物中的一种或多种；更优选情况下，在本发明的电解装置中，所使用的电极为Ti/RuO2-TiO2电极和/或Ti/IrO2-Ta2O5电极。本发明中，阴极与阳极的电极材料可以相同，也可以不同。
按照本发明，将来自循环冷却水系统的部分循环冷却水进行电解的方式可以为连续式的亦可以为间歇式的，该部分循环冷却水的循环量、循环冷却水中氯离子的浓度以及其在电解槽中的停留时间使得在将经电解后的循环冷却水中余氯质量浓度满足将其返回循环冷却水系统中后保证循环冷却水系统中余氯质量浓度的要求，例如，使得循环冷却水系统中余氯质量浓度控制在0.1-0.3mg/L。
为了便于操作，可以连续的方式将部分循环冷却水从循环冷却水系统中送入电解槽中，并优选使得所述循环冷却水在电解槽中的停留时间不少于0.5分钟，优选，为了保证余氯的恢复情况以及电解效率，所述循环冷却水在电解槽中的停留时间为1-5分钟。
按照本发明，每次电解的时间和相邻两次电解之间的停止搁置时间的可选择范围较宽，优选情况下，综合考虑电解电流效率和电极活性，并且在采用本发明的上述电解条件下，所述T1为5-90分钟，所述T2为5-90分钟。更优选情况下，所述T1为10-40分钟，所述T2为5-30分钟。
也即，具体控制如下：当循环冷却水被送入到电解装置后，开启电解装置电源进行电解，电解时间T1为5-90分钟，优选为10-40分钟；然后停止电解，停电解时间T2为5-90分钟，优选为5-30分钟。并通过控制电源使得电解装置按照此周期循环进行电解。
优选情况下，为了避免因为循环冷却水中过多的杂质对电极的损坏，该方法还包括在将至少部分循环冷却水进行电解之前将该部分循环冷却水的浊度降低到20NTU以下。所述降低循环冷却水浊度的方法可以采用本领域技术人员公知的方法进行并可以根据水质的实际情况进行适当选择，例如，过滤、通过添加絮凝剂进行絮凝后过滤等方法，具体操作不再赘述。
按照本发明，在将所述循环冷却水进行电解杀菌后，余氯质量浓度能够保持在较高的稳定水平，因此，该方法还包括将经过电解处理后的循环冷却水返回循环水冷却系统中，为循环冷却水系统补充余氯以保证循环冷却水系统中的余氯含量满足要求。
本发明还提供了所述方法在污水回用循环水系统中的应用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，循环水的余氯质量浓度的测定方法参照中华人民共和国化工行业标准HG/T2023-91。
对比例1
本对比例用于说明现有技术的循环冷却水的杀菌方法。
电解杀菌技术所采用的试验装置主要包括离心泵、过滤器、流量计、电解槽、整流电源，试验时在凉水塔池旁就近安装，试验用水（即循环冷却水）从凉水塔池吸取，经离心泵提升后进入过滤器过滤（过滤后出水浊度小于20NTU），过滤器出水经流量计计量后进入电解装置，经电解后的含高浓度活性氯的电解水经输水管送回到凉水塔池，工艺流程如图1所示。
其中，所述电解装置包括：电解槽（体积为0.104m3），27对电极板置于电解槽中，每个电极板的面积为0.15m2，每对电极板的电压为4V。
所述循环水系统的主要参数见表1，该系统的补充水全部采用达标污水。该系统中循环冷却水的水质见表2。
表1
项目 数值
循环水量/(m3/h) 24000（设计值）
保有水量/m3 11500
水温差/℃ 8.5
蒸发量/(m3/h) 352（计算值）
排污量/(m3/h) 67（实际值）
表2
项目 数据
pH值 8.08
电导率（μs/cm，25℃） 3175
浊度（NTU） 18.2
硬度（以CaCO3计，mg/L） 407
Ca2+（以CaCO3计，mg/L） 305
碱度（以CaCO3计，mg/L） 96.8
总铁（mg/L） 0.44
总磷（以PO4 3-计，mg/L） 14.9
正磷（以PO4 3-计，mg/L） 9.20
余氯（mg/L） 0.18
Cl-（mg/L） 592
SO4 2-（mg/L） 411
异养菌（个/mL） 26357
浓缩倍数 3.4
通过流量计调节进入电解装置的循环水流量分别为4.0m3/h（在电解槽中的停留时间为1.56分钟）、2.4m3/h（在电解槽中的停留时间为2.6分钟）和1.4m3/h（在电解槽中的停留时间为4.56分钟），分别持续电解90min，电解装置出口循环水的总氯质量浓度变化情况如图2所示。
从图2中的数据可以看出，在不同流量下，电解相同的时间后，电解装置出口余氯质量浓度都有明显的下降，随着电解时间的增长，电解装置出口循环水的余氯质量浓度逐渐降低。
实施例1
本实施例用于说明本发明的循环冷却水的杀菌方法。
试验水质和电解装置如对比例1，通过流量计调节进入电解装置循环水的流量为4.0m3/h，电解1.5h后分别停止电解2min、5min、10min和20min后继续电解1.5h，考察停电解不同时间后并继续电解后循环水余氯质量浓度的变化情况，具体数据如图3所示。图3表示，在电解1.5小时后并分别停止电解2min、5min、10min和20min后继续开始电解后，出口循环水余氯质量浓度的变化情况。
从图3中的数据可以看出，停电解不同时间后，电极的活性均有增强，如图3：停止电解后继续恢复电解5分钟时，停电解2min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至1.51mg/L；停电解5min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至1.98mg/L，停电解10min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至3.55mg/L左右，停电解20min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至3.51mg/L，停止电解后继续恢复电解15分钟时，停电解2min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至2.29mg/L；停电解5min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至2.95mg/L，停电解10min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至4.38mg/L左右，停电解20min的情况，出口循环水余氯质量浓度由0.53mg/L恢复至4.42mg/L即，出口循环水的余氯质量浓度都有明显的增大，恢复电解15分钟达到连续电解时的最大值。可以看出，停电解时间越长，吸附在电极表面的物质脱附越多，电极活性越强，出口循环水余氯质量浓度越大。停电解时间10min和20min以后并继续电解后，出口循环水余氯质量浓度较高，且比较接近。
实施例2
本实施例用于说明本发明的循环冷却水的杀菌方法。
试验水质和电解装置如对比例1，通过流量计调节进入电解装置循环水的流量为4.0m3/h，按照电解20min，停电解10min进行周期性操作，连续运行10h，考察电解装置出口循环水的余氯质量浓度变化情况。具体数据如图4所示。图4表示：每个周期性操作的第5min、10min、15min（余氯质量浓度达到最大值4.6mg/L左右）、20min、25min、30min（余氯质量浓度降至0.19mg/L左右）时检测的出口循环水的余氯质量浓度。
从图4中的数据可以看出，按照此条件进行操作，电解装置出口循环水的余氯质量浓度一直维持在较高浓度，平均余氯质量浓度为2.76mg/L。
实施例3
本实施例用于说明本发明的循环冷却水的杀菌方法。
试验水质和电解装置如对比例1，通过流量计调节进入电解装置循环水的流量为2.4m3/h，按照电解20min，停电解10min进行周期性操作，连续运行10h，考察电解装置出口循环水的余氯质量浓度变化情况。具体数据如图5所示。图5表示：每个周期性操作的第5min、10min、15min、20min（余氯质量浓度达到最大值5.4mg/L左右）、25min、30min（余氯质量浓度降至0.29mg/L左右）时检测的出口循环水的余氯质量浓度。
从图5中的数据可以看出，按照此条件进行操作，电解装置出口循环水的余氯质量浓度一直维持在较高浓度，平均余氯质量浓度为3.58mg/L。
实施例4
本实施例用于说明本发明的循环冷却水的杀菌方法。
电解装置如对比例1，试验水质与对比例1的区别在于循环水的氯离子质量浓度为391mg/L，低于对比例1中的氯离子质量浓度575.6mg/L，其他水质情况相同。通过流量计调节进入电解装置循环水的流量为1.4m3/h，按照电解20min，停电解10min进行周期性操作，连续运行10h，考察电解装置出口循环水的余氯质量浓度变化情况。具体数据如图6所示。图6表示：每个周期性操作的第5min、10min、15min、20min（余氯质量浓度达到最大值4.85mg/L左右）、25min、30min（余氯质量浓度降至0.87mg/L左右）时检测的出口循环水的余氯质量浓度。
从图6中的数据看出，按照此条件进行操作，电解装置出口循环水的余氯质量浓度一直维持在较高浓度，平均余氯质量浓度为3.56mg/L。
实施例5
本实施例用于说明本发明的循环冷却水的杀菌方法。
试验水质和电解装置如对比例1，通过流量计调节进入电解装置循环水的流量为2.4m3/h，按照电解40min，停电解20min进行周期性操作，连续运行10h，考察电解装置出口循环水的余氯质量浓度变化情况。具体数据如图7所示。图7表示，每个周期性操作的10min、20min、30min、40min（余氯质量浓度达到最大值3.91mg/L左右）、50min和60min（余氯质量浓度降至0.18mg/L左右）时的电解装置出口循环水的余氯质量浓度。
从图7中的数据看出，按照此条件进行操作，电解装置出口循环水的余氯质量浓度一直维持在较高浓度，平均余氯质量浓度为2.44mg/L。
实施例6
本实施例用于说明本发明的循环冷却水的杀菌方法。
试验水质和电解装置如对比例1，通过流量计调节进入电解装置循环水的流量为2.4m3/h，按照电解10min，停电解5min进行周期性操作，连续运行10h，考察电解装置出口循环水的余氯质量浓度变化情况。具体数据如图8所示。图8表示，每个周期性操作的5min、10min（余氯质量浓度达到最大值3.21mg/L左右）和15min（余氯质量浓度降至0.59mg/L左右）时的电解装置出口循环水的总氯质量浓度。
从图8中的数据看出，按照此条件进行操作，电解装置出口循环水的余氯质量浓度一直维持在较高浓度，平均余氯质量浓度为3.07mg/L。
实施例7
本实施例用于说明本发明的循环冷却水的杀菌方法。
试验水质和电解装置如对比例1，按照实施例5的方法对循环冷却水进行电解杀菌。不同的是，按照电解40min，停电解30min进行周期性操作，连续运行10h，考察电解装置出口循环水的余氯质量浓度变化情况。每个周期性操作的10min、20min、30min、40min（余氯质量浓度达到最大值3.91mg/L左右）、50min、60min和70min（余氯质量浓度降至0.13mg/L左右）时的电解装置出口循环水的余氯质量浓度。
按照此条件进行操作，电解装置出口循环水的余氯质量浓度一直维持在较高浓度，平均余氯质量浓度为2.17mg/L。

Claims (13)

1.一种循环冷却水的杀菌方法，该方法包括将循环冷却水系统中的至少部分循环冷却水进行电解，其特征在于，所述电解过程间歇进行，以间歇方式进行电解的方法为：所述电解分多次进行，相邻两次电解之间包括时间间隔，每次电解的时间为T1，相邻两次电解之间的停止搁置时间为T2，T2为T1的40-80％；所述T1为5-90分钟，所述T2为5-90分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，T2为T1的50-75％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电解在电解装置中进行，所述电解装置包括电解槽和至少一对置于电解槽中的电极板，所述电解的方法包括：将至少部分循环冷却水置于电解槽中，然后通过间歇性电源控制以间歇性地对所述电极板施加电场。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电极板的数量为1-100对，每个电极板的面积为0.01-100m2。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电极板的数量为1-50对，每个电极板的面积为0.1-50m2。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，每对电极板的电压为1-10V。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，每对电极板的电压为1.5-6V。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，以连续的方式将部分循环冷却水从循环冷却水系统中送入电解槽中，所述循环冷却水在电解槽中的停留时间不少于0.5分钟。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述循环冷却水在电解槽中的停留时间为1-5分钟。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括将经过电解处理后的循环冷却水返回循环水冷却系统。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述T1为10-40分钟，所述T2为5-30分钟。
12.根据权利要求1、2、4、5、6和7中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括在将至少部分循环冷却水进行电解之前将该部分循环冷却水的浊度降低到20NTU以下。
13.权利要求1-12中任意一项所述的方法在污水回用循环水系统中的应用。
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